Đi sâu vào Bộ điều khiển logic khả trình (PLC)

Trong thế giới tự động hóa công nghiệp, một thành phần quan trọng nổi bật với vai trò then chốt trong việc điều khiển máy móc và quy trình: Bộ điều khiển logic khả trình (PLC) . Thường được mô tả là “bộ não” của nhà máy, PLC là một máy tính chuyên dụng, chắc chắn được thiết kế để hoạt động đáng tin cậy trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt. Không giống như máy tính để bàn tiêu chuẩn được thiết kế cho các tác vụ thông thường, PLC được thiết kế để điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu theo thời gian thực. Khả năng thực thi các chức năng logic, định giờ và tuần tự với độ chính xác vững chắc là điều khiến nó không thể thiếu trong nhiều ứng dụng, từ sản xuất và robot đến hệ thống HVAC và đèn giao thông.

Kiến trúc của PLC

Về cốt lõi, một hệ thống PLC bao gồm một số thành phần thiết yếu hoạt động đồng bộ:

• Bộ xử lý trung tâm (CPU): Bộ não của PLC, CPU chứa bộ xử lý và bộ nhớ. Nó chịu trách nhiệm thực hiện chương trình điều khiển, thực hiện các hoạt động logic và quản lý giao tiếp. CPU liên tục quét các đầu vào, thực thi chương trình điều khiển và cập nhật các đầu ra. Quá trình mang tính chu kỳ này, được gọi là “chu kỳ quét,” là nền tảng cho việc điều khiển thời gian thực.
• Mô-đun đầu vào/đầu ra (I/O): Các mô-đun này đóng vai trò là giao diện của PLC với thế giới vật lý. Mô-đun đầu vào nhận tín hiệu từ cảm biến, nút bấm và công tắc, chuyển đổi các tín hiệu trong thế giới thực này thành dữ liệu số mà CPU có thể hiểu được. Mô-đun đầu ra thực hiện ngược lại, chuyển đổi tín hiệu số từ CPU thành tín hiệu điều khiển vận hành các thiết bị như động cơ, cuộn dây điện từ, đèn và van. Tính linh hoạt của mô-đun I/O cho phép PLC được tùy chỉnh cho các ứng dụng cụ thể.
• Nguồn điện: Cung cấp nguồn DC cần thiết cho CPU và các mô-đun I/O. Nó được thiết kế chắc chắn và ổn định, đảm bảo hoạt động liên tục ngay cả trong môi trường có nhiễu điện hoặc dao động điện áp.
• Thiết bị đầu cuối lập trình: Máy tính hoặc thiết bị cầm tay được kỹ sư hoặc kỹ thuật viên sử dụng để tạo, sửa đổi và giám sát chương trình điều khiển của PLC. PLC hiện đại thường được lập trình bằng các ngôn ngữ được tiêu chuẩn hóa theo tiêu chuẩn IEC 61131-3, với Sơ đồ bậc thang (LD) là phổ biến nhất.

PLC hoạt động như thế nào: Chu trình quét

Hoạt động của PLC được điều chỉnh bởi chu kỳ quét liên tục của nó, thường tuân theo các bước sau:

1. Quét đầu vào: PLC đọc trạng thái của tất cả các thiết bị đầu vào được kết nối với các mô-đun đầu vào của nó. Về cơ bản, nó chụp “ảnh chụp nhanh” về trạng thái hiện tại của thế giới vật chất.
2. Thực thi chương trình: PLC thực thi chương trình điều khiển do người dùng viết hoặc logic. Nó xử lý các lệnh theo cách từ trên xuống, từ trái sang phải, sử dụng dữ liệu đầu vào từ bước trước để xác định trạng thái đầu ra cần thiết.
3. Quét đầu ra: Dựa trên kết quả thực hiện chương trình, PLC cập nhật trạng thái của các mô-đun đầu ra. Hành động này sẽ gửi tín hiệu điều khiển đến các thiết bị đầu ra được kết nối, khiến chúng bật hoặc tắt, khởi động hoặc dừng, v.v.
4. Dịch vụ dọn phòng: PLC thực hiện các nhiệm vụ chẩn đoán và truyền thông nội bộ, chuẩn bị cho chu kỳ quét tiếp theo.

Chu kỳ nhanh và liên tục này, thường hoàn thành trong mili giây, đảm bảo rằng PLC có thể phản ứng với những thay đổi trong môi trường công nghiệp gần như ngay lập tức, khiến nó trở nên lý tưởng cho các quy trình yêu cầu kiểm soát chính xác và kịp thời.

Tại sao chọn PLC? Ưu điểm chính

Việc áp dụng rộng rãi PLC là do chúng có nhiều lợi ích so với các hệ thống điều khiển dựa trên rơle truyền thống:

• Độ tin cậy và độ bền: PLC được chế tạo để chịu được nhiệt độ khắc nghiệt, độ rung, bụi và nhiễu điện. Thiết kế trạng thái rắn có nghĩa là chúng không có bộ phận chuyển động, làm giảm đáng kể nguy cơ hỏng hóc cơ học.
• Tính linh hoạt và dễ sửa đổi: Logic của PLC được lưu trữ trong phần mềm. Nếu cần thay đổi trong quy trình điều khiển, kỹ thuật viên chỉ cần sửa đổi chương trình trên máy tính thay vì đi dây lại bảng điều khiển rơle phức tạp. Điều này tiết kiệm rất nhiều thời gian và công sức.
• Khắc phục sự cố và chẩn đoán: PLC cung cấp các công cụ chẩn đoán mạnh mẽ. Các chỉ báo trạng thái trên mô-đun I/O và giám sát dựa trên phần mềm cho phép kỹ thuật viên nhanh chóng xác định và xác định chính xác lỗi, giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động.
• Khả năng mở rộng: PLC có thể được tăng hoặc giảm quy mô bằng cách thêm hoặc bớt các mô-đun I/O, cho phép chúng điều khiển các máy đơn giản hoặc toàn bộ dây chuyền sản xuất phức tạp.
• Chức năng nâng cao: PLC hiện đại không chỉ là bộ giải logic. Chúng cung cấp các khả năng nâng cao như ghi dữ liệu, kết nối mạng (ví dụ: Ethernet/IP, Profibus), điều khiển chuyển động và tích hợp với các hệ thống HMI (Giao diện người-máy) và SCADA (Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu).

các Bộ điều khiển logic lập trình không chỉ là một phần cứng; nó là nền tảng của tự động hóa công nghiệp hiện đại. Sự kết hợp giữa thiết kế chắc chắn, khả năng điều khiển chính xác và tính linh hoạt dựa trên phần mềm đã giúp các doanh nghiệp đạt được mức độ hiệu quả, an toàn và năng suất chưa từng có. Khi các ngành công nghiệp tiếp tục đón nhận sản xuất thông minh và Internet vạn vật công nghiệp (IIoT), vai trò của PLC sẽ ngày càng trở nên tích hợp và thiết yếu hơn.